一种用于滑坡倾角测量的倾角传感器的制作方法

1.本实用新型涉及土层滑坡倾角测量与预警技术领域，具体涉及一种用于滑坡倾角测量的倾角传感器。


背景技术：

2.滑坡是地壳表层的岩、土体的一种动力特性的地质灾变现象，是自然界中一种多发性的地质灾害。
3.倾角作为滑坡监测的重要要素。高精度的倾角信息在实验室装置的角度调整、建筑物的水平监测、机器人的姿态与平衡监控、脑卒中患者的康复情况监测、滑坡灾害预警等领域有着非常重要的作用。现在液态类倾角传感器普遍存在温漂和时漂较大，精确度较低，性能不稳定的缺点，需要采用温度补偿技术达到准确的测量效果；气态类倾角传感器普遍存在气体易受温度影响，复杂且不方便控制，故气态类倾角传感器应用较少。
4.摩擦纳米发电机(teng)这一概念于2012年首次被王中林院士提出。由于其低成本，轻巧，灵敏度高以及低频效率高，被广泛用于能量收集和自供电传感中。比如在传感器领域，研制了加速度传感器、流量传感器、皮肤触觉传感器、振动传感器及湿度传感器等等；而在能量收集领域，对风能源、雨水能、水波能、声波能及人体运动能量进行收集。


技术实现要素：

5.基于上述表述，本实用新型提供了一种用于滑坡倾角测量的倾角传感器，以解决现有技术中测量滑坡倾角精确度低，性能不稳定的技术问题。
6.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
7.一种用于滑坡倾角测量的倾角传感器，包括外壳、摆锤和传感组件；
8.所述外壳内形成有圆柱形的腔体；
9.所述摆锤包括摆杆和锤体，所述摆杆的上端可转动的安装于所述腔体内，所述锤体连接于所述摆杆的下端，所述摆杆的转动轴线与所述腔体的中心线重合；
10.所述传感组件包括第一感应电极单元、第二感应电极单元和摩擦电极单元；所述第一感应电极单元安装于所述腔体的侧壁上且至少分布于所述腔体的下端侧壁，第二感应电极单元铺设于所述锤体的下端面，所述摩擦电极单元位于所述第一感应电极单元和所述第二感应电极单元之间，当所述锤体摆动时，所述摩擦电极单元与所述第二感应电极单元摩擦产生电流。
11.与现有技术相比，本技术的技术方案具有以下有益技术效果：
12.本技术通过第一感应电极单元、第二感应电极单元和摩擦电极单元之间的配合设置，形成摩擦纳米发电机，在工作过程中，当摆锤随土层滑动形成滑坡时，摩擦电极单元与第一感应电极单元发生相对的摩擦滑动，从而在第一感应电极单元和第二感应电极单元之间产生电流，通过电流强度信号检测装置采集并监测该电流的信号强度，当摆锤摆动倾角不同，电流强度大小也不同，根据预设的电流信号强度与倾角的对应值即可获知滑坡倾角
参数，从而实现滑坡倾角的监测与预警，本传感器采用的是摩擦纳米发电机工作模式中水平滑动模式，能高效且稳定的监测倾角变化实现监测与预警的作用。
13.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
14.进一步的，所述第一感应电极单元为沿所述腔体的侧壁间隔均匀粘贴的多个铝箔，相邻的两个铝箔之间通过导线电连接。
15.进一步的，所述铝箔的数目为15个。
16.进一步的，第二感应电极单元为粘贴于所述锤体的下端面的尼龙薄膜，所述锤体的下端面为与所述腔体内侧壁相配合的圆弧面，所述尼龙薄膜的长度和宽度均与所述锤体的下端面的长度和宽度一致。
17.进一步的，所述摩擦电极单元为贴设于尼龙薄膜的下端面的ptfe薄膜。
18.进一步的，所述腔体的中心线位置安装有固定导柱，所述摆杆的上端可转动的套装于所述固定导柱的外侧。
19.进一步的，所述外壳包括座体和盖板，所述腔体形成于所述座体的一侧中部，所述座体的两侧的下部形成有安装臂，所述盖板盖设于所述座体的侧面，所述安装臂上形成有固定孔，用于安装锁定螺栓。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例提供的一种用于滑坡倾角测量的倾角传感器的结构示意图；
21.图2为图1的剖面结构示意图；
22.图3为图1的分解结构示意图；
23.图4为本技术实施例的电流原理图。
24.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
25.1、外壳；2、摆锤；11、固定导柱；12、座体；13、盖板；21、摆杆； 22、锤体；31、第一感应电极单元；32、第二感应电极单元；33、摩擦电极单元；1a、腔体；121、安装臂；122、锁定螺栓。
具体实施方式
26.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
27.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
28.可以理解，空间关系术语例如“在
……
下”、“在
……
下面”、“下面的”、“在
……
之下”、“在
……
之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在
……
下
面”和“在
……
下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
29.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
30.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
31.如图1至图3所示，本实施例公开了一种用于滑坡倾角测量的倾角传感器，包括外壳1、摆锤2和传感组件。
32.其中，所述外壳1内形成有圆柱形的腔体1a。
33.所述摆锤2包括摆杆21和锤体22，所述摆杆21的上端可转动的安装于所述腔体1a内，所述锤体22连接于所述摆杆21的下端，所述摆杆21的转动轴线与所述腔体1a的中心线重合。
34.具体的，所述腔体1a的中心线位置安装有固定导柱11，所述摆杆21的上端可转动的套装于所述固定导柱11的外侧，摆杆21即可绕固定导柱11 摆动，进而带动锤体22晃动，在本实施例中，固定导柱11通过点焊焊接于腔体的端面上。
35.所述传感组件包括第一感应电极单元31、第二感应电极单元32和摩擦电极单元33；所述第一感应电极单元31安装于所述腔体1a的侧壁上且至少分布于所述腔体1a的下端侧壁，第二感应电极单元32铺设于所述锤体22 的下端面，所述摩擦电极单元33位于所述第一感应电极单元31和所述第二感应电极单元32之间，当所述锤体22摆动时，所述摩擦电极单元33与所述第二感应电极单元32摩擦产生电流。
36.在本技术的实施例中，所述第一感应电极单元31为沿所述腔体的侧壁间隔均匀粘贴的多个铝箔，相邻的两个铝箔之间通过导线电连接。
37.优选的，所述铝箔的数目为15个。
38.第二感应电极单元32为粘贴于所述锤体22的下端面的尼龙薄膜，所述锤体22的下端面为与所述腔体1a内侧壁相配合的圆弧面，所述尼龙薄膜的长度和宽度均与所述锤体22的下端面的长度和宽度一致。
39.所述摩擦电极单元33为沿腔体1a周面贴设的环状ptfe薄膜，ptfe 即聚四氟乙烯(poly tetra fluoroethylene，简写为ptfe)。
40.在本技术优选的实施例中，所述外壳1包括座体12和盖板13，所述腔体1a形成于所述座体12的一侧中部，所述座体12的两侧的下部形成有安装臂121，所述盖板13盖设于所述座体12的侧面，所述安装臂121上形成有固定孔，用于安装锁定螺栓122，通过锁定螺栓122将该传感器安装在待测量的土层上。
41.本实施例提供的倾角传感器在使用时，首先将外壳1安装在待测量的土层上固定，由于第一感应电极单元31为由导线连接起来的铝箔，摩擦电极单元33为环状ptfe薄膜，第二感应电极单元32为贴设在锤体22的下端面上的尼龙薄膜，就构成了一个独立层模式的摩擦纳米发电机；其电流原理为，如图4所示：两者接触时聚四氟乙烯得到电子，当滑移产生
时，两者离开接触面的部分需要保持电中性，电子从聚四氟乙烯流向尼龙，这样在外电路产生了向下的电流；当两者相互接触时，已经接触的面保持电中性，之前流动的电子需要流回才能保持电中性，这样在外电路实现了向上的电流。
42.当摆锤22随土层滑动形成滑坡时，摩擦电极单元33与第二感应电极单元32发生相对的摩擦滑动，由于从而在第一感应电极单元31和第二感应电极单元32之间产生电流，通过电流强度信号检测装置采集并监测该电流的信号强度，当摆锤22摆动倾角不同，电流强度大小也不同，根据预设的电流信号强度与倾角的对应值即可获知滑坡倾角参数，从而实现滑坡倾角的监测与预警，本传感器采用的是摩擦纳米发电机工作模式中水平滑动模式，能高效且稳定的监测倾角变化实现监测与预警的作用。
43.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。